胡家山水庫混凝土面板堆石壩填筑碾壓試驗(yàn)分析

李 興

(鎮(zhèn)雄縣水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)隊(duì)，云南鎮(zhèn)雄 657200)

1 前言

混凝土面板堆石壩是堆石壩的一種形式，由混凝土防滲面板、防滲接地結(jié)構(gòu)、堆石壩體三大部分組成，具有施工速度快、造價(jià)低、地形地質(zhì)條件影響小的優(yōu)點(diǎn)。

堆石體填筑質(zhì)量的控制與混凝土面板開裂有直接關(guān)系。施工前必須通過碾壓試驗(yàn)確定合適的壓實(shí)機(jī)具、壓實(shí)方法、壓實(shí)參數(shù)及其他處理措施，將碾壓試驗(yàn)所得的指標(biāo)與設(shè)計(jì)指標(biāo)相比較，核實(shí)設(shè)計(jì)填筑標(biāo)準(zhǔn)的合理性。

2 工程概況及壩體分區(qū)

胡家山水庫由混凝土面板堆石壩、輸水隧洞、溢洪道、導(dǎo)流隧洞組成，總庫容1542.3萬m3，是一項(xiàng)Ⅲ等中型水利工程。

根據(jù)面板壩工作性質(zhì)及填筑材料強(qiáng)度、滲透性、壓縮性等將填筑體分成三個(gè)主要區(qū)域:1區(qū)分為1A區(qū)和1B區(qū);2區(qū)分為2A區(qū)、2AA區(qū)、2AB區(qū);3區(qū)分為3A、3B、3C、3D和3E區(qū)。詳見下頁圖1。

1區(qū):防滲補(bǔ)強(qiáng)區(qū)。當(dāng)面板出現(xiàn)裂縫和板間縫、張開縫時(shí)，防滲土(1A區(qū))可以起輔助防滲作用，其上覆蓋的任意料(1B區(qū))，可避免防滲土料失穩(wěn)。

2區(qū):墊層區(qū)。緊接面板，既是混凝土面板的可靠基礎(chǔ)，又是壩體防滲的第二道防線。在周邊縫下側(cè)一定范圍設(shè)置墊層區(qū)2AA區(qū)和2AB區(qū)。

3區(qū):堆石區(qū)。是面板堆石壩的主體，也是承受水壓力荷載的主要支撐體。

過渡區(qū)(3A區(qū)):用于墊層區(qū)(2區(qū))和主堆石區(qū)(3B區(qū))之間的過渡。

主堆石區(qū)(3B區(qū)):位于過渡區(qū)下游，絕大部分水壓力荷載通過墊層由主堆石區(qū)傳入地基，對(duì)面板起支承作用。

下游次堆石區(qū)(3C區(qū)):位于壩體下游部分，其上游、頂部以上和底部以下均為3B區(qū)，僅起到穩(wěn)定下游壩體的作用。

壩下游護(hù)坡(3D區(qū)):為保證壩坡的穩(wěn)定及平整，下游壩坡采用大塊石護(hù)坡，由人工鋪砌。

下游排水棱體區(qū)(3E區(qū)):頂寬4m，內(nèi)、外側(cè)邊坡均為 1∶1.4。

圖1 壩體分區(qū)橫剖面

3 設(shè)計(jì)填筑標(biāo)準(zhǔn)

3.1 墊層料區(qū)

墊層料為半透水墊層，屬級(jí)配良好的灰?guī)r料。最大粒徑為100mm，其中d≤5mm含量為35% ～50%，d＜0.075mm含量為4% ～8%?？刂聘擅芏葹?.23g/cm3，填筑孔隙率不大于18%，滲透系數(shù)1×10－3～1×10－4cm/s，特殊墊層料ⅡAA為墊層料篩除大于40mm以上顆粒后使用，ⅡAA區(qū)料篩除大于20mm以上顆粒作為ⅡAB區(qū)使用，填筑孔隙率小于15%。墊層料鋪料厚度為400mm，特殊墊層料鋪料厚度為200mm。

3.2 過渡料區(qū)

過渡料采用石料場(chǎng)開挖加工后的灰?guī)r料、新鮮砂巖。過渡料的最大粒徑不大于300mm，其中d＜5mm的顆粒含量不超過20%，d＜0.075mm的顆粒含量不超過5%?？刂聘擅芏炔恍∮?.149g/cm3，相應(yīng)孔隙率21%，滲透系數(shù)1×10－1～1 ×10－2cm/s，過渡料鋪料厚度為400mm。

3.3 堆石料區(qū)

堆石料采用石料場(chǎng)開采獲取弱風(fēng)化至新鮮砂巖、粉砂巖料，下游次堆石料為可利用石料場(chǎng)弱風(fēng)化砂巖、粉砂巖料，大壩、溢洪洞及輸水隧洞開挖有用料。主堆石料最大粒徑600mm，其中d≤5mm的細(xì)料含量小于20%;d＜25mm的含量小于40%;相應(yīng)孔隙率23%，控制干密度不小于2.118g/cm3，滲透系數(shù)不小于10－1cm/s。下游次堆石料最大粒徑為800mm，控制干密度不小于2.063g/cm3，相應(yīng)孔隙率25%。

4 填筑料常規(guī)試驗(yàn)

碾壓前對(duì)各料場(chǎng)原材料進(jìn)行了一系列的常規(guī)試驗(yàn)，包括堆石料、過渡料、墊層料的比重、顆粒分析試驗(yàn)，其中堆石料完成 1組比重試驗(yàn)，1組顆粒分析試驗(yàn)，過渡料完成1組比重試驗(yàn)，1組顆粒分析試驗(yàn)，墊層料完成1組比重試驗(yàn)，1組顆粒分析試驗(yàn)。

5 機(jī)具選擇及碾壓參數(shù)

5.1 機(jī)具選擇

5.1.1 堆石料機(jī)具選擇

參照類似工程施工經(jīng)驗(yàn)，該工程擬采用CLG6126型振動(dòng)平碾進(jìn)行堆石料碾壓、SD22型推土機(jī)進(jìn)行堆石料的攤鋪、整平及30t載重車進(jìn)行運(yùn)輸。做碾壓試驗(yàn)時(shí)用1臺(tái)振動(dòng)平碾、1臺(tái)推土機(jī)、1臺(tái)挖掘機(jī)、5輛載重車完成，模擬一個(gè)小型上壩作業(yè)組。

5.1.2 墊層料、過渡料機(jī)具選擇

參照類似工程施工經(jīng)驗(yàn)，采用SM20型自行式壓路機(jī)進(jìn)行過渡料、墊層料碾壓，SD16型推土機(jī)進(jìn)行過渡料、墊層料的攤鋪、整平和陜汽載重車進(jìn)行運(yùn)輸。做碾壓試驗(yàn)時(shí)用1臺(tái)自行式壓路機(jī)、1臺(tái)推土機(jī)、1臺(tái)挖掘機(jī)、5輛載重車完成，模擬一個(gè)小型上壩作業(yè)組。

5.2 碾壓參數(shù)

5.2.1 堆石料碾壓參數(shù)

機(jī)械參數(shù)有振動(dòng)平碾的激振力(28/33t)、碾砣重量(26t)、碾寬(2.1m)、載重車的運(yùn)輸能力(25t)等;施工參數(shù)有鋪料厚度(60cm、80cm、100cm)、碾壓遍數(shù)(6、8、10遍)、行車速度(3km/h)、壩料的加水量(充分濕潤)、卸料方式(進(jìn)占法)。

5.2.2 墊層料、過渡料碾壓參數(shù)

機(jī)械參數(shù)有壓路機(jī)的激振力(18t)、碾砣重量(20t)、碾寬(2.1m)、推土機(jī)(23t)、載重車的運(yùn)輸能力(30t)等;施工參數(shù)有鋪料厚度(30cm、40cm、50cm)、碾壓遍數(shù)(6、8、10遍)、行車速度(3km/h)、壩料的加水量(10%)、卸料方式(后退法)。

6 試驗(yàn)情況

6.1 試驗(yàn)場(chǎng)地規(guī)劃

6.1.1 場(chǎng)地安排及處理

在棄渣場(chǎng)附近，選擇一塊平坦堅(jiān)實(shí)的場(chǎng)地進(jìn)行壓實(shí)，并達(dá)到設(shè)計(jì)要求。試驗(yàn)區(qū)為25m×60m長方形場(chǎng)地，面積約為1500m2。鋪料時(shí)在試驗(yàn)區(qū)兩側(cè)留出一個(gè)碾寬約3m，在順碾壓方向的兩端留出10m作為非試驗(yàn)區(qū)。先進(jìn)行堆石料的碾壓試驗(yàn)，再進(jìn)行墊層料、過渡料的碾壓試驗(yàn)。

6.1.2 場(chǎng)地布置

每場(chǎng)堆石料(過渡料、墊層料碾)碾壓試驗(yàn)有2種參數(shù)——鋪土厚度和碾壓遍數(shù)變動(dòng)，場(chǎng)地布置見圖2，其中:h1——鋪料厚度 60cm(30cm)，h2——鋪料厚度80cm(40cm)，h3——鋪料厚度 100cm(50cm);N1——碾壓遍數(shù)為6遍，N2——碾壓遍數(shù)為8遍，N3——碾壓遍數(shù)為10遍。

圖2 碾壓試驗(yàn)場(chǎng)地布置

6.2 試驗(yàn)場(chǎng)次安排

6.2.1 堆石料

選用料場(chǎng)堆石料，加水量充分，按3種鋪料厚度(60cm、80cm、100cm)、3 個(gè)碾壓遍數(shù)(6、8、10 遍)，共進(jìn)行3大場(chǎng)9個(gè)小場(chǎng)試驗(yàn)。

6.2.2 過渡料

選用料場(chǎng)過渡料，加水量10%，按3種鋪料厚度(30cm、40cm、50cm)、3 個(gè)碾壓遍數(shù)(6、8、10 遍)，共進(jìn)行3大場(chǎng)9個(gè)小場(chǎng)試驗(yàn)。

6.2.3 墊層料

選用砂石料加工場(chǎng)墊層料，加水量為10%，按3種鋪料厚度(30cm、40cm、50cm)、3 個(gè)碾壓遍數(shù)(6、8、10遍)，共進(jìn)行3大場(chǎng)9個(gè)小場(chǎng)試驗(yàn)。

7 現(xiàn)場(chǎng)描述與檢測(cè)

7.1 現(xiàn)場(chǎng)描述

堆石料、過渡料(墊層料)每個(gè)小場(chǎng)均采用挖掘機(jī)裝料，自卸汽車運(yùn)輸，進(jìn)占法卸料(后退法卸料)，推土機(jī)攤鋪找平(挖機(jī)攤鋪找平)，振動(dòng)平碾碾壓，行車速度3km/h，振動(dòng)油門中檔，條帶法碾壓方式，表面石料壓碎少(表面石料有少許壓碎)，無架空現(xiàn)象;測(cè)量每個(gè)遍數(shù)碾壓沉降量，計(jì)算累計(jì)沉降量。

7.2 土工試驗(yàn)

檢測(cè)每一個(gè)組合壓實(shí)后的干密度、含水率、孔隙率和現(xiàn)場(chǎng)滲透試驗(yàn)。濕密度采用灌水法進(jìn)行，含水率采用烘干法進(jìn)行，經(jīng)計(jì)算求得干密度，取樣數(shù)量為每一個(gè)組合2個(gè)，共54個(gè)，并整理干密度、含水率及孔隙率試驗(yàn)報(bào)告。每一個(gè)碾壓組合檢測(cè)2個(gè)點(diǎn)，共完成現(xiàn)場(chǎng)滲透試驗(yàn)數(shù)量為54個(gè)。列出碾壓土工試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表。

8 試驗(yàn)成果

8.1 堆石料

a.鋪料厚度分為60cm、80cm、100cm，從鋪料厚度上分析碾壓相同遍數(shù)時(shí)，80cm厚度時(shí)基本能滿足設(shè)計(jì)要求。

b.從碾壓土工試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表看出，碾壓6、8、10遍，干密度呈規(guī)律性變化，但從現(xiàn)場(chǎng)滲透系數(shù)來看，隨著碾壓遍數(shù)的增加，滲透系數(shù)沒有規(guī)律變化，綜合考慮施工中碾壓遍數(shù)為8遍;碾壓8遍的平均干密度為2.307g/cm3，高于設(shè)計(jì)干密度(≥2.118g/cm3)，孔隙率23%，次堆石料設(shè)計(jì)干密度不小于2.063g/cm3，孔隙率25%。碾壓遍數(shù)與干密度關(guān)系曲線見圖3。

c.碾壓后測(cè)得的滲透系數(shù)滿足設(shè)計(jì)技術(shù)要求。

d.從顆粒分析試驗(yàn)看，碾壓后粒徑變小。

圖3 主堆料碾壓遍數(shù)與干密度關(guān)系曲線

e.隨著碾壓遍數(shù)增加，其累計(jì)沉降量增加，但增加的趨勢(shì)變小，其碾壓遍數(shù)與累計(jì)沉降量關(guān)系曲線見圖4。

圖4 主堆料碾壓遍數(shù)與累計(jì)沉降量關(guān)系曲線

8.2 過渡料

a.鋪料厚度為30cm、40cm、50cm;各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)均能滿足設(shè)計(jì)要求。

b.從碾壓土工試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表分析，碾壓6、8、10遍，干密度隨著碾壓遍數(shù)增加而減小，孔隙率略有變化，但從現(xiàn)場(chǎng)滲透系數(shù)分析，隨著碾壓遍數(shù)的增加滲透系數(shù)有變小的趨勢(shì);40cm碾壓8遍的平均干密度為2.364g/cm3，高于設(shè)計(jì)干密度 2.149g/cm3，孔隙率21%。碾壓遍數(shù)與干密度關(guān)系曲線見下頁圖5。

c.碾壓后測(cè)得的滲透系數(shù)滿足設(shè)計(jì)技術(shù)要求。

d.從顆粒分析試驗(yàn)看，碾壓后粒徑變小。

e.隨著碾壓遍數(shù)增加其累計(jì)沉降量增加，但增加的趨勢(shì)變小，其碾壓遍數(shù)與累計(jì)沉降量關(guān)系曲線見下頁圖6。的趨勢(shì)變小，其碾壓遍數(shù)與累計(jì)沉降量關(guān)系曲線見圖8。

圖5 過渡料碾壓遍數(shù)與干密度關(guān)系曲線

圖6 碾壓遍數(shù)與累計(jì)沉降量關(guān)系曲線

8.3 墊層料

a.鋪料厚度分為30cm、40cm、50cm，從鋪料厚度上看碾壓相同遍數(shù)時(shí)，隨著厚度增加干密度減小，40cm厚度時(shí)能滿足設(shè)計(jì)要求。

b.從碾壓土工試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表分析，碾壓6、8、10遍，干密度隨著碾壓遍數(shù)增加而增大，孔隙率沒有規(guī)律變化，但從現(xiàn)場(chǎng)滲透系數(shù)分析，隨著碾壓遍數(shù)的增加滲透系數(shù)沒有規(guī)律變化;碾壓8遍的平均干密度為2.43g/cm3，高于設(shè)計(jì)干密度2.230g/cm3，孔隙率不大于18%。碾壓遍數(shù)與干密度關(guān)系曲線見圖7。

圖7 墊層料碾壓遍數(shù)與干密度關(guān)系曲線

c.碾壓后測(cè)得的滲透系數(shù)均能滿足設(shè)計(jì)技術(shù)要求。

d.從顆粒分析試驗(yàn)看，碾壓后粒徑變化小。

e.隨著碾壓遍數(shù)增加其累計(jì)沉降量增加，但增加

圖8 墊層料碾壓遍數(shù)與累計(jì)沉降量關(guān)系曲線

9 結(jié)語

根據(jù)上述試驗(yàn)成果，結(jié)合工程施工條件，確定施工碾壓參數(shù):

a.主堆料鋪土厚度80cm，推土機(jī)平料，26t自行式液壓振動(dòng)平碾，車速3km/h，碾壓遍數(shù)8遍;填筑質(zhì)量控制為上游堆石料設(shè)計(jì)干密度不小于2.118g/cm3，孔隙率不大于23%，滲透系數(shù)不小于10－1，下游堆石料設(shè)計(jì)干密度2.063g/cm3，孔隙率不大于25%。

b.過渡料鋪土厚度40cm，推土機(jī)平料，20t自行式壓路機(jī)，車速3km/h，碾壓遍數(shù)8遍;填筑質(zhì)量控制為:過渡料設(shè)計(jì)干密度不小于2.149g/cm3，孔隙率不大于21%，滲透系數(shù)1×10－1～1×10－3cm/s。

c.墊層料鋪土厚度40cm，人工平料，20t自行式壓路機(jī)，車速3km/h，碾壓遍數(shù)8遍;填筑質(zhì)量控制為:墊層料設(shè)計(jì)干密度不小于2.23g/cm3，孔隙率不大于18%，滲透系數(shù)1×10－3～1×10－4cm/s。■

［1］ 曹克明，汪易森，徐建軍，劉思宏．混凝土面板堆石壩［M］．北京:中國水利水電出版社，2008．

［2］ DL/T 5129—2001碾壓式土石壩施工技術(shù)規(guī)范［S］．北京:中國電力出版社，2001．

［3］ DL/T 5128—2009混凝土面板堆石壩施工規(guī)范［S］．北京:中國電力出版社，2009．

［4］ SL 228—98混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．北京:中國水利水電出版社，1998．

［5］ DL/T 5016—2011混凝土板堆石壩設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．北京:中國電力出版社，2011．

［6］ SL 237—1999土工試驗(yàn)規(guī)程［S］．北京:中國水利水電出版社，1999